Уплотнение шаровой мельницы

Подробное введение в уплотнительные кольца шаровых мельниц и процессы их изготовления и проверки

I. Функции и конструктивные особенности уплотнительных колец шаровых мельниц

• По принципу герметизации:

• Контактные уплотнительные кольца: обеспечивают герметичность за счёт плотного контакта эластичных материалов (например, резины, полиуретана) с поверхностью полого вала. Подходит для работы на низких скоростях (≤30 об/мин) и в условиях низкой запылённости.

• Бесконтактные уплотнительные кольца: лабиринтные структуры (извилистые зазоры между металлическими кольцами и полыми валами) блокируют утечки за счёт сопротивления жидкости. Идеально подходят для высокоскоростных и высокотемпературных сред, а также для условий, где измельчающие тела легко изнашивают уплотнения (например, крупные шаровые мельницы для горнодобывающей промышленности).

• Комбинированные уплотнительные кольца: сочетают в себе контактные и бесконтактные характеристики (например, лабиринтная структура + резиновая манжета), обеспечивая баланс между эффективностью уплотнения и износостойкостью. Наиболее широко применяются.

• По материалу:

• Металлические уплотнительные кольца: обычно изготавливаются из серого чугуна (ХТ250), ковкого чугуна (QT500-7) или нержавеющей стали (304), используются в лабиринтных конструкциях.

• Неметаллические уплотнительные кольца: резина (нитрилкаучук, фторкаучук), полиуретан или графит, используемые для контактных уплотнений. Они должны быть маслостойкими и термостойкими (-20°C~120°C).

• Основные требования к производительности:

• Надежность герметизации: отсутствие значительной утечки (≤5 мл за 24 часа);

• Износостойкость: Износ деталей, соприкасающихся с полым валом ≤0,1 мм/1000 часов;

• Адаптируемость: зазор посадки с полым валом (натяг 0,1–0,3 мм для контактных типов, зазор 0,5–1,5 мм для бесконтактных типов).

II. Процесс изготовления уплотнительных колец для шаровых мельниц

1. Изготовление металлического каркаса (серый чугун ХТ250)

• Литье заготовок:

• Конструкция пресс-формы: песчаные формы для литья с припуском на обработку 3–5 мм и выступами для предотвращения усадочных раковин;

• Плавка и разливка: контроль состава расплавленного чугуна (C 3,1-3,4%, Си 1,8-2,2%, Мн 0,8-1,0%) и температуры заливки (1350-1400℃);

• Старение: Естественное старение в течение 3 недель (или искусственное старение при 200 ℃ в течение 8 часов) для устранения литейных напряжений.

• Обработка:

• Черновая токарная обработка: токарная обработка наружной окружности и торцов с оставлением 1-2 мм для чистовой обработки;

• Чистовая токарная обработка: обработка на токарном станке с ЧПУ уплотнительных сопрягаемых поверхностей (канавки под резиновую стяжку, лабиринтные зазоры) с шероховатостью поверхности Ра≤3,2мкм и допуском внутреннего диаметра H8;

• Сверление: обработка отверстий под крепежные болты (равномерно распределенных по окружности, допуск положения ±0,1 мм).

2. Изготовление резиновой уплотнительной кромки (нитрильный каучук NBR)

• Компаундирование и смешивание: смешивание нитрильного каучука (70-80 частей) + технического углерода (20-30 частей) + вулканизирующего агента (серы 2-3 части) во внутреннем смесителе при температуре 120-140 ℃ в течение 10-15 минут для обеспечения равномерной дисперсии;

• Вулканизационное формование:

• Предварительный нагрев формы до 160-170℃ и размещение металлического каркаса в форме;

• Инжекция резиновой смеси, вулканизация под давлением (10-15 МПа) в течение 15-20 минут и прочное приклеивание резины к металлическому каркасу клеем (например, Чемлок 205);

• Обрезка: Удаление заусенцев и облоя для обеспечения плоской уплотнительной кромки (отклонение толщины ≤0,1 мм).

3. Сборка и обработка поверхности

• Металлические детали: пескоструйная обработка несопрягаемых поверхностей для удаления ржавчины, затем нанесение антикоррозийной краски (толщина ≥60 мкм);

• Комбинированная сборка: проверка прочности соединения резиновой кромки с металлическим каркасом (прочность на отрыв ≥5 Н/см) и установка пружинного кольца (для усиления прижима кромки);

• Окончательная отделка: контрольная посадка уплотнительной кромки с помощью фиктивного вала для обеспечения равномерного контакта (проверено свинцовым суриком, площадь контакта ≥90%).

III. Процесс проверки уплотнительных колец шаровых мельниц

1. Проверка сырья

• Металлические материалы:

• Чугунные детали: спектральный анализ для проверки состава, испытания на растяжение для определения предела прочности ≥250 МПа и твердости 180–240 HBW;

• Резина: инфракрасная спектроскопия для подтверждения чистоты нитрильного каучука (содержание акрилонитрила 30-40%), испытание на маслостойкость (погружение в турбинное масло L-TSA46 на 24 часа, скорость изменения объема ≤10%).

• Проверка дефектов заготовок:

• Чугунные детали: магнитопорошковая дефектоскопия (МТ) на наличие поверхностных трещин (дефекты размером ≥0,5 мм не допускаются), капиллярная дефектоскопия (КП) на наличие пор (глубина ≤1 мм).

2. Контроль в процессе производства

• Обработка металлического каркаса:

• Точность размеров: измерение внутреннего диаметра (допуск H8) и глубины уплотнительной канавки (±0,05 мм) с помощью КИМ;

• Геометрические допуски: торцевое биение ≤0,05 мм, радиальное круговое биение ≤0,03 мм (измерено кругломером).

• Резиновая уплотнительная кромка:

• Твердость: твердость по Шору А 65±5 градусов (обеспечивает умеренную эластичность);

• Качество вулканизации: проверка сечения на отсутствие пузырьков или отсутствующей резины, а также расслоения на границе соединения резины и металла.

3. Проверка готовой продукции

• Испытание эффективности уплотнения:

• Испытание статическим давлением: установка на фиктивный вал, подача сжатого воздуха (или смазочного масла) под давлением 0,3 МПа и удержание давления в течение 30 мин без утечки;

• Динамическое испытание: работа на испытательном стенде со скоростью 30 об/мин в течение 100 ч, измерение утечки (≤5 мл) и износа уплотнительной кромки (≤0,05 мм).

• Размеры сборки:

• Посадка между внутренним диаметром и полым валом: натяг 0,1–0,3 мм для контактных типов (проверяется щупами), лабиринтный зазор 0,5–1,5 мм для бесконтактных типов (измеряется циферблатным индикатором);

• Точность расположения монтажных отверстий: проверка соосности между отверстиями под болты и установочными выступами с помощью щупа (≤0,1 мм).

• Внешний вид и упаковка:

• Резиновые поверхности без царапин и пузырей, металлические части без ржавчины;

• Нанесение антикоррозийного масла перед упаковкой и фиксацией в деревянных ящиках (для предотвращения деформации при транспортировке).